[发明专利]一种大规模MIMO系统的大尺度衰落估计方法与装置

权利要求书

1.一种大规模MIMO系统的大尺度衰落估计方法，其特征在于，包括：

步骤A：各小区的初始信道估计的预处理

在对各小区进行初始信道估计之前，先利用各小区的系统矩阵计算得到初始信道估计所需要用到的估计矩阵并存储下来备用；

具体的过程为：

步骤a1：构造系统矩阵

基于各小区分配的可用导频序列，分别构造出各小区的系统矩阵Ψ_j，j为小区编号，j＝1，2，...，L，L为一个本地网所包含的小区总数，

其中K为一个小区所能承载的最大用户数，ψ_jk表示第j个小区中第k个用户的导频信号列矢量，τ为导频信号矢量的长度；

步骤a2：计算静态估计矩阵

利用步骤a1构造出的各小区系统矩阵，基于下式计算得到各小区进行初始信道估计所需要用到的静态估计矩阵

${\mathrm{\Φ}}_j=diag{\left({\mathrm{\Ψ}}_j^H{\mathrm{\Ψ}}_j\right)}^{-1}{\mathrm{\Ψ}}_j^H,(j=1~L)$

其中(·)^H是矩阵的共轭转置；

步骤a3：存储静态估计矩阵

将计算出来的静态估计矩阵存储下来；

步骤B：对目标小区进行初始信道估计

目标小区基站利用从接收信号中分离出的导频接收信号，结合在静态估计矩阵基础上根据小区内实际连接用户数构造的动态估计矩阵，计算得到目标小区的初始信道估计结果；

具体的过程为：

步骤b1：导频接收信号的分离

目标小区设为第l个小区，该目标小区的基站端从天线阵列各阵元上接收到的信号中，根据导频序列的定时关系即导频在接收信号序列中的位置和导频长度将接收的导频信号与上行数据信号分离，提取出各天线单元的导频接收信号序列；

步骤b2：导频接收矩阵的构造

将目标小区各天线单元上分离出的导频接收信号构造成为该小区的导频接收矩阵Y_l，M为该小区基站天线阵列的天线阵元数；

步骤b3：根据目标小区当前实际用户数构造动态估计矩阵

设小区l当前时刻的实际连接用户数为K_l，从满用户时的静态估计矩阵中根据当前实际连接用户数以及每个连接用户所分配的导频序列将对应的行向量提取出来重新构造成为新的估计矩阵，即动态估计矩阵

步骤b4：初始信道估计

基于所述步骤b2构造的导频接收矩阵Y_l和所述步骤b3构造的动态估计矩阵，由下式计算目标小区的初始信道估计结果

${\hat{G}}_{ll}=\frac{1}{\sqrt{p_r\mathrm{\τ}}}{\underset{\‾}{\mathrm{\Φ}}}_l{Y}_l$

其中p_r为每个用户终端的平均发射功率；

步骤C：估计目标小区的上行信道大尺度衰落

基于大规模MIMO系统各天线单元上快衰落的统计特性，对所述步骤B所得到的目标小区初始信道估计结果进行处理，得到目标小区内各用户到目标小区基站的上行信道的大尺度衰落的估计值；

具体的过程为：

步骤c1：计算各用户的上行信道大尺度衰落估计

利用目标小区的初始信道估计结果，按下式分别计算该小区内各用户到目标基站的大尺度衰落的估计值：

[·]_i表示为矩阵的第i行，||·||为Frobenius范数；Q为快衰落归一化因子，为各天线单元上快衰落统计平均的Frobenius范数，是一个实数常量；

步骤c2：将所述步骤c1中计算得到的各用户上行大尺度衰落估计组合起来，构建出目标小区的大尺度衰落的估计结果矩阵为：

步骤D：导频信号重构与干扰消除

利用估计出来的小区的初始信道估计结果矩阵、该小区的系统矩阵，重构出来自该小区用户的接收导频信号，并从总的导频接收信号中减去当前重构出的小区用户的接收导频信号；

具体的过程为：

步骤d1：系统矩阵重构

根据所述目标小区内当前实际连接用户数K_l重新构造系统矩阵为：

步骤d2：导频信号重构

根据前述步骤估计出来的大尺度衰落的估计结果矩阵和重构的系统矩阵，按下式进行导频信号的重构：

$\sqrt{p_r\mathrm{\τ}}{\underset{\‾}{\mathrm{\Ψ}}}_l{\hat{G}}_{ll}$

步骤d3：干扰消除

从导频接收信号中将重构的来自目标小区各用户的导频信号进行消除，得到新的导频接收信号矩阵为：

${\hat{Y}}_l=Y_l-\sqrt{p_r\mathrm{\τ}}{\underset{\‾}{\mathrm{\Ψ}}}_l{\hat{G}}_{ll};$

步骤E：对目标小区的邻区进行初始信道估计

按照预先定义的顺序首先对第一个邻区按照所述步骤B的方法进行初始信道估计；具体的方法为：

设目标小区l有Nc个邻区，首先对第1个邻区，设小区编号为i，按照步骤B所述方法，并将动态估计矩阵替换为所述邻区的动态估计矩阵，将导频接收信号矩阵替换为干扰消除后的新的导频接收信号矩阵，按照下式进行所述邻区的初始信道估计：

${\hat{G}}_{il}=\frac{1}{\sqrt{p_r\mathrm{\τ}}}{\underset{\‾}{\mathrm{\Φ}}}_i{\hat{Y}}_l;$

步骤F：对目标小区的邻区进行大尺度衰落估计

按照所述步骤C的方法计算第一个邻区内用户到目标小区基站的大尺度衰落的估计；具体的方法为：

将所述步骤c1中的初始估计信道矩阵替换为所述邻区的初始信道估计矩阵，并按照所述步骤c1的方法计算所述邻区的大尺度衰落的估计：

并在此基础上，按照所述步骤c2的方法将所述邻区内各用户到目标小区基站的大尺度衰落估计值组成大尺度衰落估计矩阵：

步骤G：对目标小区的剩余其他邻区，按照所述步骤D、E、F分别进行导频信号重构和干扰消除、初始信道估计、大尺度衰落估计，直到该目标小区的所有邻区全部处理完毕；

步骤H：邻区的干扰强度计算和排序

在全部邻区的大尺度衰落估计完成后，计算各邻区对目标小区的总干扰强度，并根据计算结果从大到小进行排序，将排序结果作为下一个处理周期中对邻区进行大尺度衰落估计的邻区处理顺序；

其中邻区对目标小区的总干扰强度采用下式进行计算：